Challenge to tumor pathology by particle beams – biological washout study using in-beam PET

粒子束对肿瘤病理学的挑战

• 批准号: 21K07608
• 负责人: 寅松 千枝
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology (2022)Tokyo Women's Medical University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K07608/
• 关键词: 動態解析; PET; 洗い出し; 粒子線治療; MRI; 生物学的洗い出し; Theranostics; autoactivation; in beam PET; washout effect; particle therapy

粒子線治療のin-vivo検証法として、陽電子放出核断層撮像法（PET）が用いられてきたが、これは、照射した粒子線と体内の物質との反応により発生する陽電子放出核種をPETで撮像するという原理である。ここで、発生した陽電子放出核種は、生体内における代謝により拡散するため、この"洗い出し効果″をモデル化し、補正する必要がある。本研究では、これまで、主に発生する陽電子放出核である11Cと15Oという不安定核ビーム（RIビーム）そのものによる小動物照射実験を行ってきた。核医学分野で臨床に用いられるシングル-コンパートメントモデルを仮定し、発生した陽電子放出核種の生体内での動態解析を行うことで、それらの洗い出し速度を導出した。そして、前年度までに、照射領域の血行状態により、洗い出し速度が変化するという傾向を捉えることに成功していた。ここで腫瘍の血行動態は放射線治療による効果や予後を検討する情報となり、造影CTや造影MRを用いて診断されることがある。当該年度は、治療ビームである12Cを様々な血行状態にある腫瘍に照射した場合に発生する陽電子放出核種のDynamic PET測定と、静脈投与した造影剤をDynamic Contrast Enhanced MRI(DCE-MRI)による測定を行い、それぞれの体内での動態を比較した。Dynamic PET測定とDCE-MRIによる実験の結果、両者は相関性を示すことが分かった。これまでの小動物実験の結果を踏まえて、今後は臨床応用へ向けた研究のフェーズに移行できる準備が整った。その一方で、発生した陽電子放出核種の生体内での化学形の同定を目指すため、小動物照射実験による基礎データ収集は継続して行っていく。

正电子发射核断层扫描（PET）已用作粒子束治疗的体内验证方法，其原理是，通过照射的粒子束与体内物质的反应产生的正电子发射核素与PET成像。在这里，由于产生的正电子发射核素通过体内代谢扩散，因此需要对这种“洗涤效果”进行建模和校正。在这项研究中，我们使用不稳定的核束（RI束）对小动物进行了实验，这些核束（RI束）主要是产生的正电子发射核11C和15O。假设在核医学领域中使用了用于临床实践的单室模型，我们进行了生成正电子发射核素的体内动力学，并得出了洗涤速率。到上一年，我们成功地捕获了改变洗涤速率的趋势，具体取决于辐照区域的循环状态。在这里，肿瘤的血液动力学是检查放射治疗的影响和预后的信息，可以使用对比CT或对比度MR诊断。在今年中，我们对各种血液循环中用12C的处理束辐射肿瘤时发生的正电子发射核素进行了动态PET测量，并使用动态对比度增强了MRI（DCE-MRI）并比较细胞的动力学。动态PET测量和DCE-MRI实验的结果表明，两者是相关的。根据以前小型动物实验的结果，我们现在准备进入未来的临床应用研究阶段。另一方面，为了确定体内产生的正电子发射核素的化学形式，将继续使用小动物辐照实验进行基本数据收集。

项目成果

Measurement of biological washout rates depending on tumor vascular status in 15O in-beam rat-PET

15O 束内大鼠 PET 中生物洗脱率的测量取决于肿瘤血管状态

• DOI: 10.1088/1361-6560/ac72f3
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physics in Medicine & Biology
• 作者: Toramatsu Chie;Mohammadi Akram;Wakizaka Hidekatsu;Sudo Hitomi;Nitta Nobuhiro;Seki Chie;Kanno Iwao;Takahashi Miwako;Karasawa Kumiko;Hirano Yoshiyuki;Yamaya Taiga
• 通讯作者: Yamaya Taiga

Comparison of kinetics of the produced positron emitters after carbon beam irradiation and that of the MRI contrast agents in rat tumor

碳束照射后产生的正电子发射体与MRI造影剂在大鼠肿瘤中的动力学比较

• 发表时间: 2023
• 作者: Chie Toramatsu;Akram Mohammadi;Hidekatsu Wakizaka;Hitomi Sudo;Nobuhiro Nitta;Chie Seki;Iwao Kanno;Yoko Ikoma and Taiga Yamaya
• 通讯作者: Yoko Ikoma and Taiga Yamaya

粒子線治療ビーム照射により体内で発生する陽電子放出核の動態解析

粒子束治疗束照射在体内产生的正电子发射核的动态分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 寅松 千枝;Akram Mohammadi;脇坂秀克;新田展大;関千江;菅野巌;山谷泰賀
• 通讯作者: 山谷泰賀

Biological washout as a biomarker of tumor vascular status in particle therapy: in-beam tumor bearing nude rat PET study

粒子治疗中生物冲洗作为肿瘤血管状态的生物标志物：带肿瘤的裸鼠 PET 研究

• 发表时间: 2022
• 作者: C. Toramatsu;A. Mohammadi;H. Wakizaka;C. Seki;F. Nishikido;S. Sato;I. Kanno;M Takahashi and T. Yamaya
• 通讯作者: M Takahashi and T. Yamaya

BIOLOGICAL WASHOUT AS A BIOMARKER OF TUMOR VASCULAR STATUS IN PARTICLE THERAPY: RAT IN-BEAM PET USING 15O ION BEAM

生物冲洗作为粒子治疗中肿瘤血管状态的生物标志物：使用 15O 离子束的大鼠束内 PET

• 发表时间: 2023
• 作者: C. Toramatsu;A. Mohammadi;H. Wakizaka;C. Seki;F. Nishikido;S. Sato;I. Kanno;M Takahashi and T. Yamaya
• 通讯作者: M Takahashi and T. Yamaya